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一種駐極體電容式超聲傳感器及其制作方法_2

文檔序號(hào):9307119閱讀:來(lái)源:國(guó)知局
技術(shù),將SOI外延片低溫直接鍵合在二維空腔陣列結(jié)構(gòu)之上,形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu);鍵合完成后,將SOI外延片的底硅和埋氧層腐蝕掉,只留下頂層硅作為振膜。
[0040]步驟6中在振膜上沉積金屬形成上電極的步驟包括:在振膜上涂抹一層光刻膠,使用掩膜版,經(jīng)曝光、顯影、后烘之后,在振膜上形成彼此交聯(lián)的上電極圖形,之后去除殘留的光刻膠,形成圖形化上電極。
[0041]本發(fā)明的低溫硅片直接鍵合技術(shù)的工作原理為:硅片表面的硅羥基與硅羥基發(fā)生共價(jià)反應(yīng),形成S1-O-Si共價(jià)鍵,完成鍵合過(guò)程。傳統(tǒng)的硅片直接鍵合技術(shù),硅片表面硅羥基較少,因此為了實(shí)現(xiàn)好的鍵合效果,需要在100tC左右的高溫退火。本發(fā)明中對(duì)硅襯底和SOI片進(jìn)行濕法和干法表面活化處理,可以使硅襯底和SOI片表面產(chǎn)生更多的硅羥基,有利于鍵合過(guò)程的發(fā)生,使得可以在低溫下(< 450°c ),實(shí)現(xiàn)良好的鍵合效果。
[0042]本發(fā)明電容式超聲傳感器的制作工藝工程中,使用了 TMAH腐蝕液,這是一種常用的硅的腐蝕液,反應(yīng)方程式為:2(CH3)4N0H+Si+H20— [ (CH3)4N]2Si03+H2 ?,具有無(wú)毒、不易燃、腐蝕表面光滑、均勻性好等優(yōu)點(diǎn),在芯片制作中被廣泛采用。使用到的BOE溶液也是一種氧化硅緩沖腐蝕液,是由HF(氫氟酸)、NH4F(氟化銨)與水依不同比例混合而成,具有很強(qiáng)的腐蝕性,能侵蝕玻璃和硅酸鹽等物質(zhì),在腐蝕時(shí),需要保持一定的加熱溫度,使之保持一定的腐蝕速率。
[0043]作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,請(qǐng)參閱圖1和圖2所示,本發(fā)明的駐極體電容式超聲傳感器,包括:
[0044]低阻硅襯底15,在硅襯底15上熱氧化或PECVD形成氧化硅,采用電暈法制備氧化硅駐極體層14 ;采用PECVD在駐極體層14上沉積氮化硅層作為絕緣層13 ;在絕緣層13上沉積氧化硅支撐層12,并通過(guò)刻蝕工藝在支撐層12上形成圓形或其他形狀的空腔,并成排、列對(duì)齊布置,形成二維陣列結(jié)構(gòu)。將圖形化硅襯底與SOI片進(jìn)行濕法和干法表面活化處理,然后低溫鍵合;鍵合完成后,將SOI底硅和埋氧層腐蝕掉,只剩下SOI頂硅作為振膜11,之后在振膜11上沉積金屬作為上電極,上電極為圓形或其他形狀的圖形陣列,并與襯底空腔的圖形一一對(duì)應(yīng)分布,彼此連接在一起。
[0045]本發(fā)明的制作電容式超聲傳感器的制造方法,具體實(shí)施步驟如下:
[0046]步驟1:選擇低阻硅襯底15,清洗干凈之后,在低阻硅襯底上采用熱氧化或PECVD工藝形成S12S極體層14 ;
[0047]步驟2:在S12S極體層14上采用PECVD工藝沉積氮化硅絕緣層13 ;
[0048]步驟3:在氮化硅絕緣層上采用PECVD工藝沉積氧化硅支撐層12 ;
[0049]步驟:4:在氧化硅支撐層12上涂抹一層光刻膠,準(zhǔn)備好光刻版,經(jīng)過(guò)曝光、顯影、后烘之后,通過(guò)濕法腐蝕或干法刻蝕,在硅襯底上形成圓形或其他形狀的空腔陣列結(jié)構(gòu),最后將襯底上殘留的光刻膠去除;
[0050]步驟5:準(zhǔn)備SOI片,清洗干凈,做濕法和干法表面活化處理,做好鍵合準(zhǔn)備;該SOI片的結(jié)構(gòu)如圖3所示,包括底硅21、埋氧層22和頂硅23 ;
[0051]步驟6:對(duì)帶有空腔的硅襯底做濕法和干法表面活化處理,然后與步驟3中SOI低溫直接鍵合;
[0052]步驟7:用TMAH腐蝕液(四甲基氫氧化銨)腐蝕掉SOI的底硅21,接著用BOE溶液腐蝕掉SOI片的埋氧層22,最后只留下SOI的頂硅23在硅襯底上,作為電容式超聲傳感器的振膜11 ;
[0053]步驟8:在振膜11上涂抹一層光刻膠,使用掩膜版,經(jīng)曝光、顯影、后烘之后,沉積200nm金屬Al,采用剝離工藝在振膜上形成彼此交聯(lián)的上電極圖形10,之后去除殘留的光刻膠,形成圖形化上電極。最后即得到本發(fā)明所述的電容式超聲傳感器。
[0054]以上所述的具體實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明,應(yīng)理解的是,以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已,并不用于限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種駐極體電容式超聲傳感器,包括駐極體材料層、支撐層、振膜和上電極,所述支撐層位于所述駐極體材料層之上,所述上電極為在所述振膜上沉積導(dǎo)電材料形成的圖形陣列,其特征在于,在所述支撐層中形成二維空腔陣列結(jié)構(gòu),在所述二維空腔陣列結(jié)構(gòu)之上由SOI外延片通過(guò)鍵合技術(shù)形成所述振膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駐極體電容式超聲傳感器,其特征在于,所述上電極的圖形陣列中的圖形與所述二維空腔陣列結(jié)構(gòu)的圖形一一對(duì)應(yīng)分布。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駐極體電容式超聲傳感器,其特征在于,所述駐極體材料層采用有機(jī)或無(wú)機(jī)駐極體材料。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式超聲傳感器,其特征在于,所述二維空腔陣列結(jié)構(gòu)中的空腔和所述上電極圖形陣列中的圖形均為圓形。5.一種電容式超聲傳感器的制造方法,包括以下步驟: 步驟1:在襯底上形成無(wú)機(jī)或有機(jī)駐極體層; 步驟2:在所述駐極體層上沉積絕緣層; 步驟3:在所述絕緣層上沉積支撐層; 步驟4:在所述支撐層中形成二維空腔陣列結(jié)構(gòu); 步驟5:在所述二維空腔陣列結(jié)構(gòu)之上形成振膜; 步驟6:在所述振膜上沉積上電極,其中所述上電極為圖形陣列。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容式超聲傳感器的制造方法,其中所述上電極圖形陣列中的圖形與所述二維空腔陣列結(jié)構(gòu)的圖形一一對(duì)應(yīng)分布。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容式超聲傳感器的制造方法,其中所述步驟4進(jìn)一步包括:在所述支撐層上涂抹光刻膠,經(jīng)過(guò)曝光、顯影之后,通過(guò)濕法腐蝕或干法刻蝕,在所述支撐層中形成所述二維空腔陣列結(jié)構(gòu),最后去除殘留光刻膠。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容式超聲傳感器的制造方法,其中所述步驟5進(jìn)一步包括:將帶有所述二維空腔陣列結(jié)構(gòu)的襯底與待加工的SOI外延片進(jìn)行濕法和干法表面活化處理,采用鍵合技術(shù),將所述SOI外延片倒裝鍵合于所述二維空腔陣列結(jié)構(gòu)之上,形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu);鍵合完成后,將所述SOI外延片的底硅和埋氧層腐蝕掉,只留下頂層硅作為所述振膜。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容式超聲傳感器的制造方法,其中步驟6中所述在振膜上沉積上電極的步驟包括:在所述振膜上涂抹光刻膠,經(jīng)曝光、顯影后,在所述振膜上形成彼此交聯(lián)的上電極圖形陣列,去除殘留光刻膠,形成圖形化的所述上電極。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電容式超聲傳感器的制造方法,其中所述上電極圖形陣列中的圖形與所述二維空腔陣列結(jié)構(gòu)中的空腔均為圓形。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種駐極體電容式超聲傳感器,包括低阻襯底、駐極體材料層、絕緣層、支撐層、振動(dòng)薄膜、上電極。其中,在支撐層中形成圓形或其他形狀空腔二維陣列,成排、列對(duì)齊分布;在振動(dòng)薄膜上沉積金屬作為上電極,該上電極為圖形陣列,并且與襯底空腔陣列的圖形一一對(duì)應(yīng)分布,彼此連接在一起。本發(fā)明利用駐極體材料提供CMUT正常工作時(shí)需要的直流電場(chǎng),實(shí)現(xiàn)無(wú)需外加直流偏置電壓的新型電容式超聲傳感器結(jié)構(gòu),具有低功耗、微型化、可靠性高、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】H04R19/01, H04R31/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105025423
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510301076
【發(fā)明人】王小青, 寧瑾, 徐團(tuán)偉, 俞育德, 魏清泉, 劉文文, 蔣莉娟
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
【公開(kāi)日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2015年6月4日
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